[發明專利]一種多層共擠模頭智能溫度控制系統及其控制方法

有效

• 申請號: 201310468726.3
• 申請日: 2013-09-30
• 公開（公告）號: CN103522526A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發明（設計）人: 尚春陽;龍彬;莊健
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: B29C47/92
• 分類號: B29C47/92;B29C47/06
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 汪人和

技術領域

本發明涉及塑料工業的多層共擠吹塑機技術領域，具體為一種多層共擠模頭智能溫度控制系統及其控制方法。

背景技術

吹塑成型技術是塑料成型工藝的一種重要方式，吹塑成型產品所占塑料產品比例越來越大。其中，多層共擠模頭是吹塑裝備的關鍵設備。吹塑成型主要通過多臺擠出機將不同熔點不同功用的樹脂熔融擠出，通過多層共擠模頭復合共擠吹塑而成。現有的共擠模頭主要有兩類，平面疊加式模頭和螺旋軸心式共擠模頭。如圖1所示，為五層平面疊加式共擠模頭的剖面結構圖，包括外口模1、內口模2、模環3、疊加盤片4、模頸5、模芯6；模環3、疊加盤片4、模頸5的外側和模芯內側都分別安裝有加熱圈。根據不同包裝薄膜需求，采用不同的塑料粒子融合共擠得到薄膜產品。由于各層間的塑料粒子熔點不同，不同層疊加盤片所需溫度不同，因此單獨控制各層溫度成為共擠模頭控制部分的難點。如果溫度過低將阻塞流道，溫度過高則導致過燒甚至燒焦現象而致使物料分解，使包裝薄膜失去相應的性能要求。

目前吹塑機組共擠模頭的溫度控制主要采用基于PLC的傳統PID控制方法，通過選取比例系數K_p、積分系數K_d、微分系數K_i進行控制，PID控制原理如圖2所示。PID控制方法以其算法簡單、魯棒性好、可靠性高而得到廣泛的應用，但由于該溫控系統是一個大慣性、強耦合、大滯后的多變量非線性時變系統，對實時性要求很高，雖然在給定溫度條件下，將PID控制過程參數調整到合適值時可以很好地滿足控制要求，但如果其中部分或所有設定溫度值改變，則需要重新調整控制參數。對于這種新型平面疊加模頭，重新調整PID參數值不僅對操作人員要求高，而且費時費力，因此在采用傳統的PID控制方法后，其魯棒性較差，用戶使用極為不便，且難以達到高精度控制，直接影響到產品的質量。傳統的吹塑機組溫度控制系統為了達到對溫度值改變時控制和調節的需求，采用基于PLC的計算機集成控制方式，這種控制器不利于系統集成度的提高，其成本高，重量和體積大；因此改變溫度控制方法，以及對溫度實現實時采集并快速響應成為設計共擠模頭溫度控制系統所需亟待解決的問題。

發明內容

本發明解決的問題在于提供一種能夠快速響應，操控簡單，自動對溫度變化進行適應性控制的多層共擠模頭智能溫度控制系統及其控制方法。

本發明是通過以下技術方案來實現：

一種多層共擠模頭智能溫度控制系統，包括溫度采集模塊、FPGA溫度控制模塊、驅動加熱模塊和用于設定系統初始值并進行工作信息顯示的操控面板；所述的溫度采集模塊包括與共擠模頭溫度的控制分區對應的N個溫度采集單元；所述的FPGA溫度控制模塊包括AD轉換電路，用于實現模糊PID控制算法的FPGA控制芯片，和PWM輸出電路；所述的驅動加熱模塊包括與控制分區中加熱器對應進行溫度控制的N個驅動加熱單元；

控制分區的溫度信號，由對應溫度采集單元采集輸入一個或多個并行級聯的FPGA溫度控制模塊中，經對應的AD轉換電路轉換為數字信號并經FPGA控制芯片處理輸出N路PWM控制量，每一路PWM控制量由PWM輸出電路分別單路輸出到對應的驅動加熱單元中。

優選的，所述的溫度采集單元包括用于采集溫度信號的熱電偶傳感器和用于將溫度信號轉換為0～5v標準電壓信號或4～20mA標準電流信號的溫度變送器；熱電偶傳感器對應安裝于共擠模頭內部的控制分區中，溫度變送器的輸出端分別與AD轉換電路的輸入端連接。

優選的，所述的FPGA溫度控制模塊還包括用于實現復位操作的復位電路，用于提供參考時鐘的時鐘電路，以及用于與上位機實現數據通信的擴展接口。

優選的，所述的驅動加熱單元包括用于放大PWM電路輸出信號的驅動電路，用于進行加熱的加熱圈，以及用于調節加熱圈功率的固態繼電器。

進一步，所述的FPGA控制芯片包括用于存儲模糊控制表的ROM和用于實現編程PID邏輯控制的處理器；ROM內存儲有通過MATLAB工具仿真并離線計算得到的模糊控制表，處理器內固化有通過硬件描述語言實現的模糊PID控制算法。

一種多層共擠模頭智能溫度控制方法，基于進一步所述的一種多層共擠模頭智能溫度控制系統，包括如下步驟：

a.系統初始化，通過操控面板輸入初始的設定溫度值以及模糊PID控制算法初始參數值；

b.采集共擠模頭溫度，通過溫度采集單元對共擠模頭內N個控制分區的溫度分別對應進行采集，得到溫度信號；